T型钢半刚性连接空间钢框架弹塑性分析与二阶简化计算

摘要

本文论述了T型钢半刚性连接空间钢框架弹塑性分析与二阶简化计算。 在以往的钢框架梁柱节点分析中，通常假定梁柱连接为刚接或铰接。而实际工程中有许多连接的刚度处在完全刚性和理想铰接之间，即半刚性连接。在以往的钢框架结构分析中，大多数规范仍是利用弹性分析的内力进行结构设计，借助有效长度系数针对单个构件进行稳定验算,但规范中规定的有效长度系数方法具有一定的局限性。 基于此，在充分考虑连接非线性、几何非线性、材料非线性的基础上，提出了半刚性连接空间钢框架的二阶弹塑性分析方法，并在此基础上进行了框架结构的弹塑性大变形分析和极限承载力分析。 研究了T 型钢半刚性连接节点的极限弯矩承载力和初始连接刚度公式，在此基础上提出T 型钢连接的弯矩－转角模型——四参数指数模型，最后编制了一个计算T 型钢连接节点的极限弯矩承载力和初始连接刚度的程序QMURKI。通过程序和连接模型本文还进一步对影响T 型钢连接性能的各因素进行了探讨。 在半刚性连接空间钢框架结构分析上，利用非线性连续介质力学有限变形理论和内力屈服面塑性流动理论，推导了半刚性连接空间杆单元的弹塑性刚度矩阵，并由此编制了半刚性连接空间钢框架的二阶弹塑性分析程序。通过不同的算例对比分析了半刚性连接空间钢框架极限承载力的影响因素。通过一个简单算例对比刚性和半刚性连接钢框架的荷载－位移曲线，由此可知在半刚性连接钢框架设计中应充分考虑半刚性连接的影响。 最后，将弯矩放大法推广应用到半刚性连接空间钢框架二阶弹性简化分析上，并与在第三章程序基础上改编的半刚性连接空间钢框架的二阶弹性分析程序进行对比。通过单跨单、双、三层钢框架三个算例对比简化分析与精确分析的二阶位移和内力的误差，由误差分析可知本章所提出的简化设计方法是可行且具有一定适用性的。